Missisipi, 1980. Nurek głębinowy Bobby Western w trakcie jednego ze zleceń bada zatopioony wrak samolotu, w którym znajduje dziewięć trupów, brakuje jednak czarnej skrzynki i ciała jednego pasażera. Wkrótce potem mieszkanie Bobby`ego zostaje przeszukane, a konto bankowe zablokowane. Federalni depczą mu po piętach. W co się wpakował? Western, syn jednego z twórców bomby atomowej i brat nieżyjącej już Alicji, ucieka nie tylko przed agentami, ale także przed mrocznym cieniem ojca oraz tęsknotą za siostrą, swoją największą zgubą.

Wisconsin, 1972. Dwudziestoletnia Alicia, córka naukowca - współtwórcy bomby atomowej - genialna matematyczka i skrzypaczka, zostaje przyjęta do szpitala psychiatrycznego. W intelektualnym sparingu, który rozpoczyna z terapeutą, zdradza swoje refleksje o dzieciństwie, barwach liczb, Schopenhauerze i zakazanych marzeniach. Wciąż jednak nie chce mówić o bracie Bobbym. Stella Maris to historia genialnego umysłu, który nie znajduje wytchnienia ani w wiedzy, ani w duchowości, ani w miłości niemożliwej, a także dzika eksploracja nauki podważająca pojęcia Boga, prawdy i istnienia.